區(qū)塊鏈算法有哪些？
2個(gè)回答
趙殿文Dav2星評(píng)價(jià)
2020-09-25 13:19:24
區(qū)塊鏈中五種常見(jiàn)共識(shí)算法?你知道幾個(gè)?? 區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化的分布式賬本系統(tǒng)，可以用于登記和發(fā)行數(shù)字化資產(chǎn)、產(chǎn)權(quán)憑證、積分等，并以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)賬、支付和交易。區(qū)塊鏈系統(tǒng)與傳統(tǒng)中心化系統(tǒng)相比，具有公開(kāi)透明、不可篡改、防止多重支付等優(yōu)點(diǎn)，并且不依賴(lài)于任何的可信第三方。? 由于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)下存在較高的網(wǎng)絡(luò)延遲，各個(gè)節(jié)點(diǎn)所觀察到的事務(wù)先后順序不可能完全一致。因此，區(qū)塊鏈系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)一種機(jī)制對(duì)在差不多時(shí)間內(nèi)發(fā)生的事務(wù)的先后順序進(jìn)行共識(shí)。這種對(duì)一個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)的事務(wù)的先后順序達(dá)成共識(shí)的算法被稱(chēng)為“共識(shí)機(jī)制”。? 在區(qū)塊鏈這樣的分布式賬本系統(tǒng)中，保障整個(gè)系統(tǒng)的安全性和適應(yīng)性十分重要，這也是共識(shí)算法出現(xiàn)的根本原因。?那么，區(qū)塊鏈中常見(jiàn)的共識(shí)算法都有哪些呢?
1、POW：Proof?of?Work，工作量證明? POW是比特幣在Block的生成過(guò)程中使用的一種共識(shí)算法，也可以說(shuō)是最原始的區(qū)塊鏈共識(shí)算法了。POW工作量證明，簡(jiǎn)單地理解就是，通過(guò)一份證明來(lái)確認(rèn)做過(guò)一定量的工作。? 在比特幣系統(tǒng)中，得到合理的Block?Hash需要經(jīng)過(guò)大量嘗試計(jì)算。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)提供出一個(gè)合理的Block?Hash值，說(shuō)明該節(jié)點(diǎn)確實(shí)經(jīng)過(guò)了大量的嘗試計(jì)算。? 這種工作量證明的形式，在我們?nèi)粘Ｉ钪幸彩殖Ｒ?jiàn)。比如駕照，能拿到駕照，說(shuō)明你已經(jīng)進(jìn)行過(guò)為期幾個(gè)月甚至幾年的練車(chē)和考試;再比如現(xiàn)在很火的吃雞和王者榮耀游戲中的K/D(Kill/Death)和勝率，
舊叉車(chē)回收，安浩叉車(chē)回收，多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，誠(chéng)信經(jīng)營(yíng)
分值越高證明你越厲害，同時(shí)也說(shuō)明你進(jìn)行了大量的游戲練習(xí)和技巧學(xué)習(xí)。??
2、POS：Proof?of?Stake，權(quán)益證明? 由于POW機(jī)制存在消耗算力巨大、交易確認(rèn)時(shí)間較長(zhǎng)，挖礦活動(dòng)集中容易形成中心化等缺點(diǎn)，便演進(jìn)出了POS權(quán)益證明。POS簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)根據(jù)持有數(shù)字貨幣數(shù)量和時(shí)間來(lái)分配相應(yīng)利息的制度，類(lèi)似平時(shí)我們?cè)阢y行中存款。? 基于權(quán)益證明共識(shí)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，參與者的角色是驗(yàn)證者 Validator，只需要投資系統(tǒng)的數(shù)字貨幣并在特定時(shí)間內(nèi)驗(yàn)證自己是否為下一區(qū)塊創(chuàng)造者，即可完成下一區(qū)塊的創(chuàng)建。下一區(qū)塊創(chuàng)造者是以某種確定的方式來(lái)選擇，驗(yàn)證者被選中為下一區(qū)塊創(chuàng)造者的概率與其所擁有的系統(tǒng)中數(shù)字貨幣的數(shù)量成正比例，即擁有300個(gè)幣的驗(yàn)證者被選中的概率是擁有100個(gè)幣驗(yàn)證者的3倍。? 在POS模式下，有一個(gè)名詞叫幣齡，每個(gè)幣每天產(chǎn)生1幣齡。比如你持有100個(gè)幣，總共持有了30天，那么，此時(shí)你的幣齡就為3000。這個(gè)時(shí)候，如果你驗(yàn)證了一個(gè)POS區(qū)塊，你的幣齡就會(huì)被清空為0，同時(shí)從區(qū)塊中獲得相對(duì)應(yīng)的數(shù)字貨幣利息。?
這下就很有意思了，持幣有利息。并且由于POS是在一個(gè)有限的空間里完成，不是像POW那樣在無(wú)限空間里尋找，因此無(wú)需大量能源消耗。??
3、DPOS：Delegated?Proof?of?Stake，授權(quán)權(quán)益證明? DPOS最早出現(xiàn)在比特股中，又稱(chēng)受托人機(jī)制，它的原理是讓每一個(gè)持有比特股的人進(jìn)行投票，由此產(chǎn)生101位代表?。我們可以將其理解為101個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)或者礦池，而這101個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)彼此的權(quán)利完全相等。? 從某種角度來(lái)看，DPOS有點(diǎn)像是議會(huì)制度或人民代表大會(huì)制度。如果代表不能履行他們的職責(zé)(當(dāng)輪到他們時(shí)，沒(méi)能生成區(qū)塊)，他們會(huì)被除名，網(wǎng)絡(luò)會(huì)選出新的超級(jí)節(jié)點(diǎn)來(lái)取代他們。DPOS的出現(xiàn)最主要還是因?yàn)榈V機(jī)的產(chǎn)生，大量的算力在不了解也不關(guān)心數(shù)字貨幣的人身上，類(lèi)似演唱會(huì)的黃牛，大量囤票而絲毫不關(guān)心演唱會(huì)的內(nèi)容。?DPOS通過(guò)其選擇區(qū)塊生產(chǎn)者和驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)質(zhì)量的算法確保了安全性，同時(shí)消除了交易需要等待一定數(shù)量區(qū)塊被非信任節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證的時(shí)間消耗。通過(guò)減少確認(rèn)的要求，DPOS算法大大提高了交易的速度。通過(guò)信任少量的誠(chéng)信節(jié)點(diǎn)，可以去除區(qū)塊簽名過(guò)程中不必要的步驟。??
4、PBFT：Practical?Byzantine?FaultTolerance，實(shí)用拜占庭容錯(cuò)?PBFT意為實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法，該算法由Miguel?Castro?(卡斯特羅)和Barbara?Liskov(利斯科夫)在1999年提出來(lái)，解決了原始拜占庭容錯(cuò)算法效率不高的問(wèn)題，將算法復(fù)雜度由指數(shù)級(jí)降低到多項(xiàng)式級(jí)，使得拜占庭容錯(cuò)算法在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中變得可行。? PBFT是一種狀態(tài)機(jī)副本復(fù)制算法，即服務(wù)作為狀態(tài)機(jī)進(jìn)行建模，狀態(tài)機(jī)在分布式系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行副本復(fù)制。每個(gè)狀態(tài)機(jī)的副本都保存了服務(wù)的狀態(tài)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了服務(wù)的操作。? 將所有的副本組成的集合使用大寫(xiě)字母R表示，使用0到|R|-1的整數(shù)表示每一個(gè)副本。為了描述方便，假設(shè)|R|=3f+1，這里f是有可能失效的副本的最大個(gè)數(shù)。盡管可以存在多于3f+1個(gè)副本，但是額外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。??
5、RAFT，一致性共識(shí)算法? RAFT算法包含三種角色，分別是：跟隨者(follower)，候選人(candidate)和領(lǐng)導(dǎo)者(leader)。集群中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)在某一時(shí)刻只能是這三種狀態(tài)的其中一種，這三種角色可以隨著時(shí)間和條件的變化而互相轉(zhuǎn)換。?
RAFT算法主要有兩個(gè)過(guò)程：一個(gè)過(guò)程是領(lǐng)導(dǎo)者選舉，另一個(gè)過(guò)程是日志復(fù)制，其中日志復(fù)制過(guò)程會(huì)分記錄日志和提交數(shù)據(jù)兩個(gè)階段。RAFT算法支持最大的容錯(cuò)故障節(jié)點(diǎn)是(N-1)/2，其中N為集群中總的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。? 國(guó)外有一個(gè)動(dòng)畫(huà)介紹RAFT算法介紹的很透徹，有興趣的朋友可以結(jié)合動(dòng)畫(huà)更好的理解下RAFT算法，這里不再做過(guò)多介紹。動(dòng)畫(huà)鏈接地址：http:// thesecretlivesofdata.com/raft/ ? 上述是目前主要的區(qū)塊鏈共識(shí)算法，當(dāng)然還有其他算法，比如POET：Proof?of?Elapsed?Time流逝時(shí)間量證明，Ripple?Consensus瑞波共識(shí)機(jī)制等。? 每種算法，各有千秋，在特定環(huán)境下和時(shí)間段上被采用都有各自的考慮和意義。對(duì)不同的區(qū)塊鏈應(yīng)用場(chǎng)景而言，適合的算法即為最好的算法。? ?
天劍19993星評(píng)價(jià)
2020-08-28 13:21:19
近日，在加密貨幣經(jīng)歷“混亂時(shí)期”后，區(qū)塊鏈再次火爆起來(lái)，受到了各方的極大關(guān)注與重視，成為資本市場(chǎng)和各領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，就連朋友圈中的探討和分享也讓人目不暇接。那么，區(qū)塊鏈到底是什么?區(qū)塊鏈的核心算法又有哪些?
區(qū)塊鏈的核心算法有哪些
區(qū)塊鏈核心算法一：拜占庭協(xié)定
拜占庭的故事大概是這么說(shuō)的：拜占庭帝國(guó)擁有巨大的財(cái)富，周?chē)?0個(gè)鄰邦垂誕已久，但拜占庭高墻聳立，固若金湯，沒(méi)有一個(gè)單獨(dú)的鄰邦能夠成功入侵。任何單個(gè)鄰邦入侵的都會(huì)失敗，同時(shí)也有可能自身被其他9個(gè)鄰邦入侵。拜占庭帝國(guó)防御能力如此之強(qiáng)，至少要有十個(gè)鄰邦中的一半以上同時(shí)進(jìn)攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個(gè)或者幾個(gè)鄰邦本身答應(yīng)好一起進(jìn)攻，但實(shí)際過(guò)程出現(xiàn)背叛，那么入侵者可能都會(huì)被殲滅。于是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國(guó)。這就是拜占庭將軍問(wèn)題。
在這個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)里：每個(gè)將軍都有一份實(shí)時(shí)與其他將軍同步的消息賬本。賬本里有每個(gè)將軍的簽名都是可以驗(yàn)證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。盡管有消息不一致的，只要超過(guò)半數(shù)同意進(jìn)攻，少數(shù)服從多數(shù)，共識(shí)達(dá)成。
由此，在一個(gè)分布式的系統(tǒng)中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不響應(yīng)、發(fā)送錯(cuò)誤信息、對(duì)不同節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同決定、不同錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)聯(lián)合起來(lái)干壞事等等。但是，只要大多數(shù)人是好人，就完全有可能去中心化地實(shí)現(xiàn)共識(shí)。
區(qū)塊鏈核心算法二：非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)
在上述拜占庭協(xié)定中，如果10個(gè)將軍中的幾個(gè)同時(shí)發(fā)起消息，勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)的混亂，造成各說(shuō)各的攻擊時(shí)間方案，行動(dòng)難以一致。誰(shuí)都可以發(fā)起進(jìn)攻的信息，但由誰(shuí)來(lái)發(fā)出呢?其實(shí)這只要加入一個(gè)成本就可以了，即：一段時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以傳播信息。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出統(tǒng)一進(jìn)攻的消息后，各個(gè)節(jié)點(diǎn)收到發(fā)起者的消息必須簽名蓋章，確認(rèn)各自的身份。
在如今看來(lái)，非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)完全可以解決這個(gè)簽名問(wèn)題。非對(duì)稱(chēng)加密算法的加密和解密使用不同的兩個(gè)密鑰，這兩個(gè)密鑰就是我們經(jīng)常聽(tīng)到的”公鑰”和”私鑰”。公鑰和私鑰一般成對(duì)出現(xiàn)，如果消息使用公鑰加密，那么需要該公鑰對(duì)應(yīng)的私鑰才能解密;同樣，如果消息使用私鑰加密，那么需要該私鑰對(duì)應(yīng)的公鑰才能解密。
區(qū)塊鏈核心算法三：容錯(cuò)問(wèn)題
我們假設(shè)在此網(wǎng)絡(luò)中，消息可能會(huì)丟失、損壞、延遲、重復(fù)發(fā)送，并且接受的順序與發(fā)送的順序不一致。此外，節(jié)點(diǎn)的行為可以是任意的：可以隨時(shí)加入、退出網(wǎng)絡(luò)，可以丟棄消息、偽造消息、停止工作等，還可能發(fā)生各種人為或非人為的故障。我們的算法對(duì)由共識(shí)節(jié)點(diǎn)組成的共識(shí)系統(tǒng)，提供的容錯(cuò)能力，這種容錯(cuò)能力同時(shí)包含安全性和可用性，并適用于任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
區(qū)塊鏈核心算法四：Paxos算法(一致性算法)
Paxos算法解決的問(wèn)題是一個(gè)分布式系統(tǒng)如何就某個(gè)值(決議)達(dá)成一致。一個(gè)典型的場(chǎng)景是，在一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，如果各節(jié)點(diǎn)的初始狀態(tài)一致，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都執(zhí)行相同的操作序列，那么他們最后能得到一個(gè)一致的狀態(tài)。為保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相同的命令序列，需要在每一條指令上執(zhí)行一個(gè)“一致性算法”以保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)看到的指令一致。一個(gè)通用的一致性算法可以應(yīng)用在許多場(chǎng)景中，是分布式計(jì)算中的重要問(wèn)題。節(jié)點(diǎn)通信存在兩種模型：共享內(nèi)存和消息傳遞。Paxos算法就是一種基于消息傳遞模型的一致性算法。
區(qū)塊鏈核心算法五：共識(shí)機(jī)制
區(qū)塊鏈共識(shí)算法主要是工作量證明和權(quán)益證明。拿比特幣來(lái)說(shuō)，其實(shí)從技術(shù)角度來(lái)看可以把PoW看做重復(fù)使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來(lái)說(shuō)是一個(gè)隨機(jī)的過(guò)程。開(kāi)采新的機(jī)密貨幣，生成區(qū)塊時(shí)，必須得到所有參與者的同意，那礦工必須得到區(qū)塊中所有數(shù)據(jù)的PoW工作證明。與此同時(shí)礦工還要時(shí)時(shí)觀察調(diào)整這項(xiàng)工作的難度，因?yàn)閷?duì)網(wǎng)絡(luò)要求是平均每10分鐘生成一個(gè)區(qū)塊。
區(qū)塊鏈核心算法六：分布式存儲(chǔ)
分布式存儲(chǔ)是一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使用每臺(tái)機(jī)器上的磁盤(pán)空間，并將這些分散的存儲(chǔ)資源構(gòu)成一個(gè)虛擬的存儲(chǔ)設(shè)備，數(shù)據(jù)分散的存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)角落。所以，分布式存儲(chǔ)技術(shù)并不是每臺(tái)電腦都存放完整的數(shù)據(jù)，而是把數(shù)據(jù)切割后存放在不同的電腦里。就像存放100個(gè)雞蛋，不是放在同一個(gè)籃子里，而是分開(kāi)放在不同的地方，加起來(lái)的總和是100個(gè)。